Способ и состав для получения электроизоляционного покрытия

Авторы патента:

C23C22/33 - содержащих также фосфаты

Владельцы патента RU 2371518:

Закрытое Акционерное Общество "ФК" (RU)

Изобретение относится к области обработки стали для получения электроизоляционных покрытий на ее поверхности и может быть использовано в электротехнической промышленности. Состав для получения покрытия содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: ионы фосфата (в пересчете на P₂O₅) 6,6-14,6, ионы алюминия (Аl³⁺) 0,3-0,71, ионы магния (Mg²⁺) 0,41-0,92, ионы хрома (Cr⁶⁺) 1,45-3,2, коллоидная двуокись кремния с диаметром мицелл 8,4±0,5 нм (в пересчете на SiO₂) 9,0-20,0, вода - остальное, при этом соотношение P₂O₅/(Mg²⁺+Аl³⁺)=8,5-11,5, SiO₂/P₂O₅=1,0-1,5. Способ приготовления состава включает раздельное приготовление водных растворов фосфатов алюминия и магния путем распульповывания порошков гидроксида алюминия и каустического магнезита в воде при комнатой температуре и соотношении Т:Ж=0,24 в реакторе с оборотами мешалки 200 об/мин в течение 1 часа, далее в распульпованные порошки подают фосфорную кислоту со скоростью 59 литров в минуту при температуре до 100°С до полного растворения, растворы выдерживают при температуре 95-100°С в течение 3 часов, охлаждают до 40°С и смешивают, затем вводят хромовый ангидрид и при перемешивании со скоростью 200 об/мин вводят коллоидную двуокись кремния при ее подаче 0,03 м³ в минуту на 0,02 м³ фосфатной части. Изобретение позволяет повысить стабильность состава и получить электроизоляционное покрытие с хорошим товарным видом, обладающее повышенными физико-механическими и магнитными свойствами, высокой магнитной активностью, и устранить проблему налипания. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.

Известен состав для получения электроизоляционного покрытия на основе фосфата алюминия и водной дисперсии коллоидного диоксида кремния с добавками соединений хрома и борной кислоты (1), содержащий:

ионы фосфата(в пересчете на Р₂O₅)	10,3
ионы алюминия (Аl³⁺)	1,1
борная кислота (Н₃ВО₃)	0,9
ионы хрома (Сr⁶⁺)	1,8
двуокись кремния (SiO₂)	10,3
Вода	остальное

Недостатками данного состава являются низкие магнитные свойства, нестабильность состава и неудовлетворительный товарный вид получаемого покрытия, неудовлетворительные физико-механические и магнитные свойства.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является состав (2), содержащий, мас.%:

ионы фосфата(в пересчете на Р₂O₅)	25,8-29,9
ионы алюминия (Al³⁺)	0,8-1,7
ионы магния (Mg²⁺)	1,3-1,7
ионы бора (в пересчете на В₂О₃)	0,11-0,17
ионы хрома (Сr⁶⁺)	0,2-0,5
кремнефтористо-водородная кислота	22,0-28,0
двуокись кремния (SiO₂)	0,2-1,0
вода	остальное

Недостатком данного состава является нестабильность, недостаточная технологичность при нанесении (требует постоянного перемешивания, неоднороден). Также при нанесении данного состава и сушке покрытия возникает проблема с налипанием на валки, что ухудшает товарный вид покрытия и его физико-механические и магнитные свойства.

Задачей данного изобретения является разработка способа приготовления и создание состава для получения электроизоляционного покрытия, обладающего повышенными физико-механическими и магнитными свойствами, высокой магнитной активностью, повышение стабильности состава, устранение проблемы налипания и получение покрытия с хорошим товарным видом.

Поставленная задача достигается тем, что на электротехническую анизотропную сталь наносят состав, содержащий ионы фосфата, алюминия, магния, хрома и воду, отличающийся тем, что дополнительно содержит коллоидную двуокись кремния (кремнезоль) с диаметром мицел, 8,4±0,5 нм при следующем соотношении компонентов, мас.%:

ионы фосфата(в пересчете на Р₂О₅)	6,6-14,6
ионы алюминия (Аl³⁺)	0,3-0,71
ионы магния (Mg²⁺)	0,41-0,92
ионы хрома (Сr⁶⁺)	1,45-3,2
коллоидная двуокись кремния (в пересчете на SiO₂)	9,0-20,0
вода	остальное

при этом соотношение:

Р₂O₅/(Mg²⁺+Al³⁺)=8,5-11,5, SiO₂/P₂O₅=1,0-1,5.

Состав готовят следующим образом: приготовление водных растворов фосфатов алюминия и магния ведут раздельным способом путем распульповывания порошков гидроксида алюминия и каустического магнезита в воде при комнатой температуре в соотношении твердого к жидкому Т:Ж=0,24 в реакторе с оборотами мешалки 200 об/мин, в течение 1 часа, в распульпованные порошки подают фосфорную кислоту со скоростью 59 литров в минуту на 1 м³ пульпы при температуре до 100°С до полного растворения, растворы выдерживают при температуре 95-100°С в течение не менее 3 часов и охлаждают до 40°С; затем вводят хромовый ангидрид и при перемешивании со скоростью 200 об/мин вводят коллоидную двуокись кремния при ее подаче 0,03 м³ в минуту на 0,02 м³ фосфатной части. В качестве коллоидной двуокиси кремния в состав вводят кремнезоль.

Водный раствор кремнезоля имеет следующие характеристики:

Диаметр мицелл, нм	8,4±0,5
Массовая концентрация диоксида кремния, %	19,5-22,0
Массовая концентрация оксида натрия, %	0,26-0,7
Водородный показатель (рН)	9,0-11,0

Водные растворы монофосфатов алюминия и магния смешивают с водным раствором кремнезоля при перемешивании со скоростью 200 об/мин, подача кремнезоля 0,03 м³ в минуту на 0,02 м³ фосфатной части.

Экспериментально доказано, что приготовление растворением окиси магния и гидроокиси алюминия одновременно в фосфорной кислоте ухудшает стабильность состава и физико-механические свойства, а также товарный вид покрытия.

Для приготовления фосфата магния добавляют порошок каустического магнезита - отход окиси магния Челябинского комбината «Магнезит» г.Сатка по ГОСТ 1216-87 «Порошки магнезитовые каустические. Технические условия», тем самым перерабатывают вредные для экологии отходы.

Состав магнезита	Массовая доля, %
MgO, не менее	87
СаО, не более	1,8
SiO₂, не более	1,8
Fe₂O₃+Аl₂O₃, не более	2,2
SO₄, не более	1,0

Состав для получения электроизоляционного покрытия готовят в реакторе с оборотами мешалки 200 об/мин и обогревом до 100°С.

Готовится водный раствор фосфата алюминия путем распульповывания 15,4 кг порошка гидроксида алюминия в 64,2 л воды при комнатной температуре в соотношении Т:Ж=0,24 в течение 1 часа, далее в раствор вводят 92 кг фосфорной кислоты со скоростью 59 л/мин при температуре 100°С до полного растворения, раствор выдерживают при температуре 95-100°С в течение 3 часов и охлаждают до 40°С.

Готовится водный раствор фосфата магния путем распульповывания 12,7 кг порошка каустического магнезита в 52,9 л воды при комнатной температуре в соотношении Т:Ж=0,24 в течение 1 часа, далее в раствор вводят 110,1 кг фосфорной кислоты со скоростью 59 л/ммн (не допуская вспенивания и загустения реакционной массы) при температуре до 100°С до полною растворения, раствор выдерживают при температуре 95-100°С в течение 3 часов, фильтруют и охлаждают до 40°С.

Далее в реакторе смешивают 171,6 водного раствора фосфата алюминия и 175,7 кг водного раствора фосфата магния, вводят 44,7 кг хромового ангидрида и при перемешивании со скоростью 200 об/мин вводят 608 кг коллоидной двуокиси кремния при ее подаче 0,03 м³ в минуту на 0,02 м³ фосфатной части.

Сущность изобретения подтверждается следующими примерами.

Во всех примерах образцы листовой анизотропной стали обрабатывались в течение 5 с при температуре 20-40°С. Излишки раствора удалялись отжимом гуммированными валками. Покрытия подвергались термообработке при температуре 800°С в течение 60 с.

Физико-механические свойства покрытий определяют следующими показателями:

- прочность при изгибе - изгибом образцов на цилиндрической оправке диаметром 3 мм;

- коэффициент сопротивления по ГОСТ 12119-80;

- метод определения влагостойкости изложен в (3);

- магнитная активность по ГОСТ 12119-80.

В таблице приведены характеристики раствора, физико-механические и магнитные свойства стали с электроизоляционными покрытиями, полученными в предлагаемых растворах и по прототипу, а также свойства растворов по стабильности и технологичности.

При анализе полученных экспериментальных данных видно, что при содержании ионов Р₂O₅, Mg²⁺ Al³⁺, SiO₂, Сr⁶⁺ выше или ниже заявленной концентрации (см. примеры 1, 5, 6, 7), состав обладает низкой магнитной активностью, плохой влагостойкостью, низким коэффициентом сопротивления, плохой адгезией покрытия к металлу, характеристики рабочих растворов по стабильности и технологичности также заметно ухудшаются.

Примеры

№2. Берем образец анизотропной электротехнической стали, обрабатываем его составом со следующим содержанием компонентов, мас.%:

ионы фосфата(в пересчете на P₂O₅)	6,6
ионы алюминия (Al³⁺)	0,3
ионы магния (Mg²⁺)	0,41
ионы хрома (Сr⁶⁺)	1,45
коллоидная двуокись кремния (в пересчете на SiO₂)	9,0
вода	остальное

причем соотношение компонентов находится в пределах:

P₂O₅/(Mg²⁺+Al³⁺) 9,2

SiO₂/Р₂O₅ 1,36.

В течение 5 с при температуре 20-40°С излишки удаляем отжимом гуммированными валками. Покрытия подвергаем термообработке при температуре 800°С в течение 60 с. Обработка экспериментальных данных дала следующие результаты:

- покрытие влагостойкое;

- прочность на изгиб (адгезия) покрытие выдерживает;

- коэффициент сопротивления 140 Ом·см^2;

- магнитная активность 8%;

- состав стабилен в течение 336 часов и технологичен при нанесении;

- при нанесении состава и сушке покрытия не возникает проблем с налипанием на валки;

- в результате обработки данным составом получается покрытие с хорошим товарным видом (глянцевое, равномерное).

№3. Берем образец анизотропной электротехнической стали, обрабатываем его составом со следующим содержанием компонентов, мас.%:

ионы фосфата(в пересчете на P₂O₅)	10,6
ионы алюминия (Аl³⁺)	0,51
ионы магния (Mg²⁺)	0,66
ионы хрома (Сr⁶⁺)	2,3
коллоидная двуокись кремния (в пересчете на SiO₂)	14,5
вода	остальное

причем соотношение компонентов находится в пределах:

P₂O₅/(Mg²⁺+Al³⁺) 9,06

SiO₂/P₂O₅ 1,37.

- покрытие влагостойкое;

- прочность на изгиб (адгезия) покрытие выдерживает;

- коэффициент сопротивления 157 Ом·см^2;

- магнитная активность 8%;

- состав стабилен в течение 336 часов и технологичен при нанесении;

- при нанесении состава и сушке покрытия не возникает проблем с налипанием на валки.

№4. Берем образец анизотропной электротехнической стали, обрабатываем его составом со следующим содержанием компонентов, мас.%:

ионы фосфата (в пересчете на P₂O₅)	14,6
ионы алюминия (Al³⁺)	0,71
ионы магния (Mg²⁺)	0,92
ионы хрома (Сr⁶⁺)	3,2
коллоидная двуокись кремния (в пересчете на SiO₂)	20,0
вода	остальное

причем соотношение компонентов находится в пределах:

P₂O₅/(Mg²⁺+Al³⁺) 8,96

SiO₂/P₂O₅ 1,37.

- покрытие влагостойкое;

- прочность на изгиб (адгезия) покрытие выдерживает;

- коэффициент сопротивления 145 Ом·см²;

- магнитная активность 7%;

- состав стабилен в течение 312 часов и технологичен при нанесении;

- при нанесении состава и сушке покрытия не возникает проблем с налипанием на валки:

Таким образом, поставленная задача достигается совокупностью всех признаков, заявляемых в решении.

Использование предложенного способа и состава позволяет улучшить товарный вид покрытия, повысить магнитную активность, влагостойкость покрытия, что является важным при эксплуатации изделий из листовой электротехнической анизотропной стали и обеспечивает хорошие электромагнитные характеристики, улучшающие необходимые параметры магнитныx цепей электротехнических машин, трансформаторов и приборов. Предлагаемый в изобретении способ приготовления позволяет получить состав технологичный в производстве и наиболее стабильный среди предлагаемых ранее, а также позволяет решить проблему налипания на валки при нанесении и сушке покрытия.

Литература

1. Патент №3856568 США, 1972, стр.4.

2. Патент №2209255 по заявке №2001125771, 2003.

3. М.И.Карякина. Испытание лакокрасочных материалов и покрытий. - М.: Химия, 1988.

1. Состав для получения электроизоляционного покрытия, содержащий ионы фосфата, ионы алюминия, ионы магния, ионы хрома, двуокись кремния и воду, отличающийся тем, что он содержит коллоидную двуокись кремния с диаметром мицелл 8,4±0,5 нм при следующем содержании компонентов, мас.%:

ионы фосфата (в пересчете на P₂O₅)	6,6-14,6
ионы алюминия (Аl³⁺)	0,3-0,71
ионы магния (Mg²⁺)	0,41-0,92
ионы хрома (Cr⁶⁺)	1,45-3,2
коллоидная двуокись кремния (в пересчете на SiO₂)	9,0-20,0
вода	остальное,

при этом соотношение P₂O₅/(Mg²⁺+Al³⁺)=8,5-11,5, SiO₂/P₂O₅=1,0-1,5.

2. Способ приготовления состава для получения электроизоляционного покрытия, включающий раздельное приготовление водных растворов фосфатов алюминия и магния путем распульповывания порошков гидроксида алюминия и каустического магнезита в воде при комнатой температуре и соотношении Т:Ж=0,24 в реакторе с оборотами мешалки 200 об/мин в течение 1 ч, в распульпованные порошки подают фосфорную кислоту со скоростью 59 л в минуту при температуре до 100°С до полного растворения, растворы выдерживают при температуре 95-100°С в течение 3 ч, охлаждают до 40°С и смешивают, затем вводят хромовый ангидрид и при перемешивании со скоростью 200 об/мин вводят коллоидную двуокись кремния при ее подаче 0,03 м³ в минуту на 0,02 м³ фосфатной части.

Изобретение относится к средствам противокоррозионной защиты - составам “холодного” фосфатирования и предназначено для химической подготовки металлических поверхностей перед нанесением лакокрасочных и других покрытий.

Состав для получения электроизоляционного покрытия // 2209255

Изобретение относится к обработке стали для получения электроизоляционных покрытий на ее поверхности и может быть использовано в электротехнической промышленности.

Способ обработки стали под полимерные олефиновые покрытия // 1787172

Суспензия для получения электроизоляционных покрытий // 788824

Хроматирующий состав для обработки оцинкованной поверхности // 2425911

Изобретение относится к области обработки оцинкованной поверхности

Состав для получения электроизоляционного покрытия // 2489518

Изобретение относится к области металлургического производства и может быть использовано для получения электроизоляционных покрытий на поверхности анизотропной электротехнической стали

Хроматирующий состав // 2492280

Изобретение относится к области обработки поверхности металлов, в частности к хроматированию оцинкованной стали

Состав для удаления коррозии и консервации поверхностей металлоконструкций и труб перед их покраской // 2510432

Изобретение относится к защите металлов от коррозии и может быть использовано в различных отраслях промышленности при подготовке металлов под окраску. Состав для удаления коррозии и консервации поверхностей металлоконструкций и труб перед их покраской содержит компоненты при следующем соотношении, г/дм3: фосфорная кислота 305-355, оксид цинка 7-9, тринатрийфосфат 6-11, бихромат калия 11-16, глицерин 25-29, ацетон 50-60, деминерализованная вода - остальное. Изобретение обеспечивает получение мелкокристаллического фосфатного покрытия с высокой коррозионной стойкостью и хорошей адгезией при низкой температуре. 2 пр.

Хроматирующий состав для обработки оцинкованной стали // 2547374

Изобретение относится к защите металлов от коррозии, в частности к хроматированию оцинкованной стали. Хроматирующий состав для обработки оцинкованной стали содержит, г/л: ионы хрома шестивалентного 3,744-6,318, ионы хрома трехвалентного 0,01-0,09, фосфат ионы 13,60-22,95, диамид тиоугольную кислоту 0,10-0,12 и воду. Причем соотношение ионов хрома шестивалентного к фосфат ионам в растворе составляет 0,275. Хроматирующий состав при минимальном содержании компонентов обеспечивает высокую коррозионную стойкость оцинкованной стали, при этом позволяет улучшить экологическую обстановку за счет оптимального содержания ионов хрома шестивалентного. 1 табл., 4 пр.

Лист из электромагнитной стали с ориентированной структурой с покрытием и способ его изготовления // 2580775

Изобретение относится к изготовлению листа из текстурированной электротехнической стали с покрытием. В способе на поверхность изготовленного листа из текстурированной электротехнической стали наносят рабочий раствор покрытия, включающий первичную соль фосфата, содержащую, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы, состоящей из Mg, Al, Ni, Со, Mn, Zn, Fe, Ca и Ва, коллоидный диоксид кремния и, по меньшей мере, одно соединение хромовой кислоты, выбранное из группы, состоящей из хромового ангидрида, солей хромата и бихромата, с последующим прокаливанием, в котором соблюдается условие (i) 800≤Т<860, Т≥1010-399R, 0,3≤R≤0,5 или (ii) 860≤Т≤1000, Т≥985-399R, 0,3≤R≤0,5, где Т обозначает температуру Т стального листа (единицы измерения: °C) при прокаливании, и R обозначает массовое отношение (Cr2O3/P2O5) соединения хромовой кислоты (в пересчете на Cr2O3) к первичной соли фосфата (в пересчете на P2O5) в рабочем растворе покрытия. Изобретение обеспечивает улучшение растягивающего напряжения, создаваемого покрытием на листе из текстурированной электротехнической стали, и снижение потерь в железе листа. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.